Inconel 718
Introduction à l’Inconel 718
L’Inconel 718 est un alliage nickel-chrome durcissable par précipitation, réputé pour son exceptionnelle résistance mécanique à haute température, sa résistance à la corrosion et sa soudabilité. Capable de fonctionner jusqu’à 704°C (1300°F) avec d’excellentes performances en traction, en fatigue et en rupture par fluage, l’Inconel 718 est largement utilisé dans l’aérospatiale, la production d’énergie ainsi que dans les secteurs du pétrole et du gaz.
Cet alliage contient des teneurs importantes en nickel (50–55%), chrome (17–21%), niobium (4,75–5,50%), molybdène (2,80–3,30%) et fer (reste). Son mécanisme de durcissement unique — durcissement par vieillissement via Ni₃Nb (phase γ″) et Ni₃(Al, Ti) (phase γ′) — confère une résistance exceptionnelle et une stabilité dimensionnelle élevée, même sous cycles thermiques prolongés.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’Inconel 718
L’Inconel 718 (UNS N07718 / AMS 5662, AMS 5663, ASTM B637) est disponible sous forme corroyée, coulée et en métallurgie des poudres, et il est généralement traité thermiquement à l’état mis en solution puis vieilli.
Composition chimique (ASTM B637)
Élément | Plage de composition (pds.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | 50,0–55,0 | Élément de base ; résistance à haute température |
Chrome (Cr) | 17,0–21,0 | Résistance à la corrosion et à l’oxydation |
Fer (Fe) | Balance | Support structurel, maîtrise des coûts |
Niobium (Nb) + Tantale (Ta) | 4,75–5,50 | Renforce via la précipitation γ″ |
Molybdène (Mo) | 2,80–3,30 | Améliore la résistance au fluage et à la corrosion |
Titane (Ti) | 0,65–1,15 | Renforcement par la phase γ′ |
Aluminium (Al) | 0,20–0,80 | Forme des précipités γ′ pour la résistance à haute température |
Cobalt (Co) | ≤1,00 | Améliore la résistance à chaud (optionnel) |
Carbone (C) | ≤0,08 | Contrôlé pour la soudabilité et la ténacité |
Manganèse (Mn) | ≤0,35 | Améliore l’aptitude au forgeage à chaud |
Silicium (Si) | ≤0,35 | Contrôle de l’oxydation |
Soufre (S) | ≤0,015 | Minimise la fissuration à chaud |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 8,19 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1260–1336°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 11,4 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,23 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 13,0 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacité calorifique massique | 435 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 200 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (AMS 5662/5663 – état vieilli)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 1240–1380 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 1030–1180 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥12% (longueur de base 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 330–380 HB | ASTM E10 |
Résistance à la rupture par fluage | ≥160 MPa à 650°C, 1000 h | ASTM E139 |
Caractéristiques clés de l’Inconel 718
Résistance à haute température : conserve une résistance mécanique supérieure à 1000 MPa jusqu’à 650°C et une résistance au fluage à 700°C sur de longues durées, ce qui le rend idéal pour les turbines aérospatiales et les systèmes énergétiques.
Excellente résistance à la corrosion : résiste à la corrosion par piqûres en milieu chloruré, à la corrosion sous contrainte en présence de sulfures et aux milieux acides/alcalins — adapté aux outils de fond de puits et aux équipements marins.
Microstructure stable : la précipitation biphasée (γ′ + γ″) assure une intégrité mécanique à long terme et une stabilité de phase sous cycles thermiques.
Soudabilité : contrairement à de nombreux superalliages, l’Inconel 718 se soude facilement sans fissuration grâce à sa faible teneur en carbone et à son équilibre Nb/Al/Ti élevé.
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’Inconel 718
Défis d’usinage
Taux élevé d’écrouissage
S’écrouit rapidement (n ≈ 0,4), augmentant la dureté de surface de >30% pendant la coupe, ce qui accélère l’usure de l’outil et la flexion.
Problèmes de gestion thermique
La faible conductivité thermique (11,4 W/m·K) fait dépasser 900°C aux températures de coupe, entraînant une usure en cratère et une baisse de la précision dimensionnelle.
Arête rapportée (BUE) et entaillage
L’écoulement ductile combiné à l’abrasivité des précipités de carbures entraîne un entaillage aux transitions de profondeur de passe et un écaillage de l’arête de l’outil.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Carbure (revêtu PVD), céramique pour les opérations à grande vitesse | Haute dureté à chaud, résistance à l’usure |
Revêtement | TiAlN, AlCrN ou TiSiN, 3–6 µm | Réduit le transfert de chaleur et l’usure |
Géométrie | Angle de coupe positif (8–12°), préparation d’arête robuste | Réduit l’écrouissage et l’arête rapportée (BUE) |
Paramètres de coupe (ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 20–30 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–100 |
Finition | 40–60 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Traitements de surface pour les pièces en Inconel 718 usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP élimine la porosité et améliore la durée de vie en fatigue jusqu’à 30% dans les pièces moulées de turbines haute pression et les pièces moulées aérospatiales.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend un recuit de mise en solution à 980–1065°C et un vieillissement à 718°C afin d’optimiser la précipitation γ′/γ″ et les propriétés mécaniques.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages utilise le GTAW ou le soudage par faisceau d’électrons (EB) avec des métaux d’apport stabilisés au Nb afin de préserver l’intégrité microstructurale sans fissuration après soudage.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC applique des revêtements céramiques de 125–300 µm via APS ou EB-PVD, réduisant les températures de surface et améliorant la résistance à la fatigue thermique.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM garantit une tolérance de ±0,01 mm et un excellent état de surface sur l’Inconel 718 durci ou vieilli, idéal pour les rainures de refroidissement et les détails de moules.
Perçage profond
Perçage profond atteint des rapports L/D ≥ 40:1 avec une grande rectitude et un excellent état de surface, requis pour les alésages moteur et les tubes.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux incluent des essais de traction, de fatigue, des contrôles ultrasonores et des analyses métallographiques (ASTM E112, E139, AMS 5663) afin d’assurer une fiabilité de niveau aérospatial.
Applications industrielles des composants en Inconel 718
Moteurs aérospatiaux
Disques de turbine, arbres, fixations et chemises de chambre de combustion.
Fonctionne à forte poussée/charge sans déformation par fluage ni rupture par fatigue.
Production d’énergie
Aubes de turbine à vapeur, joints et conduits de transition.
Performances fiables sous haute pression, oxydation et vibrations.
Pétrole & gaz
Outils de fond, vannes et équipements de complétion.
Résiste aux gaz acides (sour gas), aux saumures à haute pression et à la corrosion sous contrainte induite par les chlorures (SCC).
Moulage et outillage industriels
Moules d’injection et systèmes de canaux chauds (hot runner).
Conserve l’intégrité mécanique sous cycles rapides et contraintes thermiques.
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